Pesquisa- Processo anaeróbico

Pesquisa realizada pela aluna Raine Rossi 23/10/2014
DIGESTÃO ANAERÓBIA
Denomina-se de tratamento anaeróbio de esgotos qualquer processo de digestão que
resulte na transformação da matéria orgânica biodegradável, na ausência de oxidante
externo, com produção de metano e dióxido de carbono, deixando na solução
aquosa subprodutos como amônia, sulfetos e fosfatos. O processo de digestão é
desenvolvido por uma seqüência de ações realizadas por uma gama muito grande e
variável de bactérias, no qual pode-se distinguir quatro fases subseqüentes: hidrólise,
acidogênese, acetogênese e metanogênese (van Haandel e Lettinga, 1994). Temse, então, uma cadeia sucessiva de reações bioquímicas, onde inicialmente acontece
a hidrólise ou quebra das moléculas de proteínas, lipídios e carboidratos até a
formação dos produtos finais, essencialmente gás metano e dióxido de carbono.
A decomposição anaeróbia é, pois, um processo biológico envolvendo diversos tipos
de microrganismos, na ausência do oxigênio molecular, com cada grupo realizando
uma etapa específica, na transformação de compostos orgânicos complexos em
produtos simples, como os já citados metano e gás carbônico.
Na decomposição bioquímica da matéria orgânica presente no esgoto, uma larga
variedade de bactérias saprófitas hidrolizam e convertem o material complexo em
compostos de menor peso molecular. Entre os compostos de menor peso molecular
formados os principais são os ácidos graxos de menor cadeia molecular tais como
o acético, o propiônico, o butírico, que aparecem misturados a outros componentes
importantes.
Em unidades de digestão anaeróbia operando em condições estabilizadas, dois
grupos de bactérias trabalham em harmonia para realizarem a destruição da matéria
orgânica. Os organismos saprófitos carreiam a degradação para o estágio ácido e,
então, as bactérias metanogênicas completam a conversão em metano e dióxido de
carbono. Quando a população de bactérias metanogênicas é suficiente e as condições
são favoráveis, elas utilizam os produtos finais das saprófitas tão rapidamente quanto
estas o produzem.
Bactérias metanogênicas são comuns na natureza e algumas são freqüentes nos
esgotos domésticos e em lodos derivados deles. Sua população, contudo, é muito
pequena comparada com as saprófitas. Esta disparidade em números é a razão de
problemas encontrados no início de processos em unidades de digestão.
Hidrólise
Neste processo o material orgânico particulado é convertido em compostos dissolvidos
de menor peso molecular. O processo requer a interferência das chamadas exoenzimas que são excretadas pelas bactérias fermentativas. As proteínas degradam-se
através de (poli)peptidas para formarem aminoácidos; os carboidratos transformam-se
em açúcares solúveis (mono e dissacarídeos) e lipídios são convertidos em ácidos
graxos de cadeia longa de C (C15 a C17) e glicerina. Em particular, a taxa de conversão
de lipídios abaixo de 20o C torna-se muito baixa (O’Rourke, 1968).
Acidogênese
Os compostos dissolvidos, gerados no processo de hidrólise ou liquefação, são
absorvidos nas células das bactérias fermentativas e, após a acidogênese, excretadas
como substâncias orgânicas simples como ácidos graxos voláteis (AGV), álcoois,
ácido lático e compostos minerais (CO2, H2, NH3, H2S, etc.). A fermentação
acidogênica é realizada por um grupo diversificado de bactérias, das quais a maioria
sendo facultativas, torna-se importante nos sistemas de tratamento anaeróbio de
esgoto, porque o oxigênio dissolvido eventualmente presente poderia se tornar uma
substância tóxica.
Acetogênese
A acetogênese é a conversão dos produtos da acidogênese em compostos que
formam os substratos para a produção de metano: acetato, hidrogênio e dióxido de
carbono. Conforme indicado na Fig. 2.1, uma fração de aproximadamente 70 por cento
da DQO originalmente presente converte-se em ácido acético, enquanto o restante da
capacidade de doação de elétrons é concentrado no hidrogênio formado. Dependendo
do estado de oxidação do material orgânico a ser digerido, a formação de ácido
acético pode ser acompanhada pelo surgimento de dióxido de carbono ou hidrogênio
Metanogênese
A metanogênese, em geral, é o passo que limita a velocidade do processo de digestão
como um todo, embora a temperaturas abaixo dos 20oC a hidrólise possa se tornar
também limitante (Gujer e Zehnder, 1983). Metano é produzido pelas bactéria
acetotróficas a partir da redução de ácido acético ou pelas bactérias hidrogenotróficas
a partir da redução de dióxido de carbono. Tem-se as seguintes reações catabólicas:
(a) metanogênese acetotrófica: CH3COOH ® CH4 + CO2
(b) metanogênese hidrogenotrófica: 4H2 + CO2 ® CH4 + 2H2O
As bactérias que produzem metano a partir de hidrogênio crescem mais rapidamente
que aquelas que usam ácido acético, de modo que as metanogênicas acetotróficas
geralmente limitam a taxa de transformação de material orgânico complexo presente
no esgoto para biogás.
Os diferentes grupos de bactérias que transformam o material orgânico afluente têm
todos atividade catabólica e anabólica. Desse modo, paralelo à liberação de diferentes
produtos de fermentação, há a formação de novas células, dando origem a quatro
populações bacterianas no digestor anaeróbio. Por conveniência, muitas vezes os três
primeiros processos juntos são chamados de fermentação ácida, que deve ser
completada com a fermentação metanogênica.
figura 1 - Resumo da seqüência de processos na digestão anaeróbia de
macromoléculas
complexas
(os números referem-se a porcentagens expressas como DQO)
Fonte: van Haandel e Lettinga, 1994
METABOLISMO BACTERIANO
Mecanismo mais importante para a remoção de material orgânico em sistema de
tratamento biológico é o metabolismo bacteriano. Esta denominação refere-se à
utilização pelas bactérias do material orgânico seja como fonte de energia ou como
fonte material para a síntese de material celular. Quando o material orgânico é
utilizado como fonte de energia, então ele é transformado em produtos estáveis num
processo chamado catabolismo. No processo denominado anabolismo o material
orgânico transforma-se e é incorporado na massa celular. O anabolismo é um
processo que consome energia e somente é viável se o catabolismo estiver ocorrendo
simultaneamente e fornecendo a energia necessária para a síntese do material celular.
Por outro lado, o catabolismo somente é possível se estiver presente uma população
de bactérias. Conclui-se que os processos de catabolismo e anabolismo são
interdependentes e que sempre ocorrem simultaneamente. A parte catabólica do
metabolismo bacteriano divide-se em dois processos fundamentalmante diferentes: 1)
o catabolismo oxidativo e 2) o catabolismo fermentativo. O catabolismo oxidativo é
uma reação redox na qual o material orgânico é o redutor. Este oxidante encontra-se
também presente no meio líquido e pode ser oxigênio molecular, nitrato ou sulfato. O
fermentativo caracteriza-se pelo fato de desenvolver-se na ausência de um oxidante.
O processo resulta num rearranjo dos elétrons na molécula fermentada de tal modo
que se formam pelo menos dois novos produtos. Estes novos produtos sofrem novo
processo de fermentação e assim sucessivamente, até que se formem produtos
estabilizados,
ou
seja,
que
não
possam
mais
ser
fermentados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Campos, J. R. et alli(1999). Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio
e disposição controlada no solo, PROSAB, Abes, Rio de Janeiro, 435 p.
Catunda, P. F., van Haandel, A. C. (1980). Activated sludge settlers: design and
optimization, Water Sci. Tech., 19, p. 613-623.
Chernicharo, C. A. L. (1997). Reatores anaeróbios, SEGRAC, Belo Horizonte, 246 p.
Dixon, N. G. H., Gambrill, M. P., Catunda, P. F., van Haandel, A. C. (1995). Removal
of pathogenic organisms from the effluent of na upflow anaerobic digester using waste
stabilization ponds, Water Science Tech., 31, 275-284.
Gujer, W., Zehnder, A. J. B. (1983). Conversion processes in anaerobic digestion,
Water Science Tech., 65, 2030